庫(kù)山河洪災(zāi)成因及防洪工程治理方案研究

王 斌

(新疆疆南水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 喀什 844000)

1 概 述

洪水是影響城鎮(zhèn)發(fā)展建設(shè)的常見的自然災(zāi)害，危害較大。為了提高河道防洪能力，保障沿線居民安全，采用防洪治理工程建設(shè)是十分必要的[1-4]。

庫(kù)山河是喀什噶爾河水系的第三大河，全長(zhǎng)157 km，其中山區(qū)河段長(zhǎng)108 km。流域水系呈羽狀，控制流域面積為2 169.0 km2。

2 流域洪災(zāi)成因及影響

2.1 洪災(zāi)成因

冰川融水、汛期暴雨是導(dǎo)致庫(kù)山河洪水的主要原因。庫(kù)山河流域洪水主要分為融雪型、暴雨型以及混合型。在冬季，庫(kù)山河流域常見冰凌洪水。

導(dǎo)致庫(kù)山河流域洪水的因素眾多，且不同因素影響程度也不盡相同。庫(kù)山河上游在持續(xù)的高溫天氣下，冰川、冰雪消融，從而形成融雪型洪水。在冬季，庫(kù)山河常見冰凌洪水，洪水歷時(shí)不長(zhǎng)，洪峰流量不大。冰凌洪水是冰壩潰決后造成的，其形成和運(yùn)移復(fù)雜。據(jù)沙曼站實(shí)測(cè)資料，1981年12月曾發(fā)生105 m3/s的冰凌洪水。

2.2 洪災(zāi)影響

1999年洪水是一場(chǎng)全流域性洪水，其中庫(kù)山河沙曼洪水流量達(dá)689 m3/s，是1999年以前歷史最大洪峰流量的兩倍，洪水持續(xù)12 h，接近100年一遇。此次洪水沖毀木華里防洪壩2 km，勝利大渠防洪壩2 km，英吉沙縣縣級(jí)水利工程設(shè)施勝利大渠5 km，木華里引水2 km及勝利大渠過(guò)洪渡槽3座，直接損失2 814.6萬(wàn)元，阿克陶縣和疏勒縣的防洪堤多次出現(xiàn)決口，水毀皮拉勒防洪堤2 km，苗圃大橋再次被沖毀，水淹耕地193.333 hm2、民房受損29間，造成16間民房成危房。

3 河道演變及整治寬度確定

3.1 河道演變過(guò)程

庫(kù)山河自木華里出山口以后，特別是流經(jīng)奧吐魯克以后，河床兩岸無(wú)束縛，河床加寬，縱坡減緩。出山口至奧吐魯克為第一段，全長(zhǎng)11 km。地貌上屬庫(kù)山河沖洪積扇的中上部，兩岸發(fā)育有高階地，地下水埋深在3.5～4.5 m之間。河道自?shī)W吐魯克至巴仁鄉(xiāng)伊郎伽依大橋?yàn)榈诙危L(zhǎng)17 km。地貌上為庫(kù)山河沖洪積扇的中下部，地形變化較大，高階地逐漸消失，兩岸發(fā)育著Ⅰ～Ⅲ級(jí)階地，河道呈沖刷下切趨勢(shì)，主流不穩(wěn)定，左右擺動(dòng)，河彎處沖刷河岸嚴(yán)重。河道從巴仁鄉(xiāng)伊郎伽依大橋至阿克陶大橋約6 km，此段河岸逐漸開闊。阿克陶大橋至庫(kù)木克薩閘以下河道基本上渠道化，庫(kù)山河在該段流向東，河床蜿蜒曲折，地形起伏，階地不明顯，沿河兩岸耕地和荒地相間分布，個(gè)別地段被風(fēng)成沙所掩蓋，形成了沙丘地貌。

依據(jù)1999年洪水調(diào)查所看到的情況認(rèn)為：庫(kù)山河出山口以后河床變化很大，特別是從木華里渠首以下0.5 km至奧圖魯克閘口一段，河槽寬在500～1 000 m左右，有些河段超過(guò)1 000 m，河段彎曲蜿蜒，河床系卵石組成，粒徑在30～50 cm之間，有分流、串溝、灘地，河床系游蕩型。大洪水時(shí)(如1999年洪水)左岸為主流，沖刷、淤積都比較大。奧圖魯克閘口以下，左岸采用鉛絲籠護(hù)壩束窄了河床，1999年大洪水時(shí)，在奧吐魯克以下2 km河段，左岸護(hù)堤被沖毀，洪水直向左岸巴仁鄉(xiāng)流去。庫(kù)山河到阿克陶縣依浪加依橋，河床已開始變窄，河床質(zhì)已看不到卵石，系粗沙組成，河槽較穩(wěn)定。從皮拉里鄉(xiāng)1村開始，至下游庫(kù)木克薩閘口，長(zhǎng)達(dá)10 km以上，與上游相比，庫(kù)山河已面目全非，完全變成另外模樣；兩岸為土堤，U形或梯形河槽，像人工渠道一樣，河道縱坡，水面比降都變緩，河床系砂泥組成，河面寬約30 m，沖淤變化不大。

庫(kù)山河在康帕干渠至奧吐魯克引洪樞紐段匯入處的河段岸線變化較大，左側(cè)河道岸線向河槽推進(jìn) 50～450 m 之間，其余河段岸線呈平穩(wěn)發(fā)展。工程防洪段為庫(kù)山河的末端，通過(guò)調(diào)查，庫(kù)木克薩閘口上游約5 km段為自西向東基本順直的河段，多年基本無(wú)變化，故本次工程段河床的演變和發(fā)展趨勢(shì)為繼續(xù)保持現(xiàn)狀。

3.2 穩(wěn)定河寬確定

采用阿爾圖寧公式計(jì)算穩(wěn)定河寬，計(jì)算方法如下：

B=AQ0.5/J0.2

(1)

式中：B為穩(wěn)定河段水面寬度，m；A為穩(wěn)定河寬系數(shù)；Q為造床流量，m3/s；J為河床比降。

針對(duì)庫(kù)山河的實(shí)際情況，結(jié)合《喀什噶爾河流域防洪規(guī)劃》中穩(wěn)定河寬系數(shù)A的取值(木華里至伊朗加依大橋河段，系數(shù)A取3.5；伊朗加依大橋至庫(kù)木克薩閘河段系數(shù)A選取3.2)，本次工程位于庫(kù)山河末端，取系數(shù)A為3.2(與喀什噶爾河流域防洪規(guī)劃中取值一致)。

造床流量取值：天造床流量按49 m3/s進(jìn)行計(jì)算。

河床比降：本次工程0+000～1+215段平均比降為0.001 34。

依據(jù)式(1)，帶入相關(guān)參數(shù)后，本次工程所在河段穩(wěn)定河寬成果見表1。

表1 庫(kù)山河末端1.215 km段穩(wěn)定河寬

庫(kù)山河末端1.215 km段現(xiàn)狀河寬為20～35 m。根據(jù)2002～2021年的衛(wèi)星歷史影像，庫(kù)山河末端1.215 km即本次工程0+000～1+215段的河道寬度從2002～2021年基本無(wú)變化，河寬為20～35 m。

4 河道防洪方案比選

4.1 堤頂高程

工程場(chǎng)址處的10年一遇洪峰流量為78 m3/s，河床糙率n=0.035。根據(jù)動(dòng)能公式，水面線計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 設(shè)計(jì)水面線成果表(P=10%)

根據(jù)本次工程設(shè)計(jì)洪水水面線成果，可知堤頂高程：首端0+000處堤頂為1 291.93 m，末端1+215處堤頂為1 290.30 m。

4.2 沖刷粒徑

在水流作用下，防護(hù)工程護(hù)坡、護(hù)腳卵石保持穩(wěn)定的抗沖粒徑(折算粒徑)可按下式計(jì)算：

(2)

(3)

式中：d為折算粒徑，m；W為石塊重量，kN；V為流速，m/s，1.78 m/s；g為重力加速度，m/s2；C為石塊運(yùn)動(dòng)系數(shù)；rs、r為石塊、水的容重，kN/m3。

經(jīng)計(jì)算，d=0.246 m。

W=0.121 kN，為12.33 kg

本工程護(hù)坡采用雷諾護(hù)墊、底部采用雷諾護(hù)墊，厚度均為0.3 m，滿足要求。

4.3 方案比選

根據(jù)防洪段實(shí)際情況，擬定以下兩種方案進(jìn)行比較：

方案一：左右岸雷諾護(hù)墊護(hù)坡+雷諾護(hù)墊底部的防護(hù)型式，斷面為梯形，高度3.9 m，堤頂寬度4.0 m。全段迎水面邊坡為1∶3，背水面邊坡為1∶2.5，背水面為素土夯實(shí)；迎水面采用厚30 cm雷諾護(hù)墊防護(hù)。每隔100 m橫向設(shè)置一道格賓石籠隔墻，隔墻寬60 cm，厚60 cm。方案一左右岸護(hù)岸各長(zhǎng)1.215 km，共長(zhǎng)2.43 km，單公里建筑工程投資422.63萬(wàn)元。見圖1。

圖1 方案一橫斷面圖

方案二：左右岸現(xiàn)澆砼板護(hù)坡+現(xiàn)澆砼板鋪底的防護(hù)型式，斷面為梯形，高度3.9 m，堤頂寬度4.0 m。全段迎水面邊坡為1∶2.5，背水面邊坡為1∶2.5，背水面為素土夯實(shí)；迎水面采用厚15 cm的梯形全斷面現(xiàn)澆砼板防護(hù)，下設(shè)厚400 mm砂礫石墊層。每隔100 m橫向設(shè)置一道現(xiàn)澆砼隔墻，隔墻寬60 cm，厚60 cm。方案二左右岸護(hù)岸各長(zhǎng)1.215 km，共長(zhǎng)2.43 km，單公里建筑工程投資484.13萬(wàn)元。見圖2。

圖2 方案二橫斷面圖

通過(guò)兩個(gè)方案比選，方案一合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在施工工期有保證的情況下，耐久性較好。

5 結(jié) 論

結(jié)合庫(kù)山河流域防洪治理段實(shí)際情況，分析了流域洪災(zāi)成因及影響范圍，認(rèn)為采取防洪治理工程是十分必要的。根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況確定庫(kù)山河治理河寬，經(jīng)方案比選，最終確定采用雷諾護(hù)墊護(hù)坡+雷諾護(hù)墊底部的防護(hù)型式，經(jīng)濟(jì)、工期等效果良好。